JP4648037B2 - シールド工法における掘進管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド工法における掘進管理方法に係り、特に、シールド機の周囲における地山の安全を図ったシールド機における掘進管理方法に関する。

たとえば、泥水式シールド機では、カッタの背面側に設けられた隔壁を有しており、隔壁と切羽との間に泥水を供給し、カッタで掘削された土砂を隔壁と切羽との間に供給された泥水とともに排出している。切羽と隔壁との間から排出される泥水には、隔壁と切羽との間に供給された泥水と、カッタで掘削された土砂とが含まれている。このため、隔壁と切羽との間に供給された泥水の流量と、隔壁と切羽との間から排出される泥水の流量との差によって掘削量を求めることができる。

泥水式シールド機においては、地山の安定を図るために周囲の地山を管理するが、この管理に掘削土量を用いるものがある。その例として、従来、特公昭５４−１１９７５号公報において、泥水シールドの切羽の掘削方法が開示されている。この掘削方法は、シールド掘削機の切羽に対する泥水の送水管と土砂を含む排水管とに設けた密度計と流量計によって測定した密度と流量とから実掘削乾
砂量を計測し、この実掘削乾砂量を積算した積算量に従ってシールド掘進機を推進、掘削するというものである。この切削方法では、送水管と排水管の双方の乾砂量を計測しているので、シールド掘進機による切羽の実掘削量をより正確に知ることができるので、シールド掘進機の推進量を正確にすることができる。
特公昭５４−１１９７５号公報

しかし、上記特許文献１に開示された掘削方法では、切羽の実掘削土量を計測するにあたり、たとえば掘削を行う直前のセグメント１リング分についてのみの実掘削土量を求めている。そして、その掘削量に基づいた管理を行っている。このため、たとえば図８（ａ）に示すように、シールドトンネルの掘削方向Ｆの幅が狭い領域のみで取込ＴＡがある場合には、セグメント１リング分の掘削土量に基づく管理で対応可能となる。

ところが、図８（ｂ）に示すように、シールドトンネルの掘削方向の幅が広い領域で取込ＴＢがある場合、セグメント１リング分では、掘削土量が少なく、所定のしきい値を超えないと判断したとしても、掘削を進行する間に破線で囲んだＸ部分が崩落する可能性がある。この場合には、セグメント１リング分の掘削土量が所定のしきい値を超えず、大掛かりな修正は必要ないと判断した場合でも、簡単な修正以上の修正を行う必要があるので、地山の管理を十分に行っているとはいえないという問題があった。

そこで、本発明の課題は、シールドトンネルの掘進方向の幅が広い領域で取込があった場合でも、その修正の必要性を確実に判断し、シールドトンネルの周囲を高い精度でもって安定させることができるシールド工法における掘進管理方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係るシールド機における掘進管理方法は、カッタの背面側に形成された隔壁とカッタの間から排出される排泥量を利用してカッタによる切羽の掘削土量を求め、掘削土量に基づいて、シールド機の周囲の地山を管理するシールド工法における掘進管理方法であって、掘削土量として、シールド機で掘削された複数のリング分に相当する量の総掘削土量を求め、総掘削土量に基づいて、シールド機の周囲の地山を管理することを特徴とする。

本発明に係るシールド機における掘進管理方法では、複数リング分に相当する量の総掘削土量を掘削土量として求め、この総掘削土量に基づいて、地山の管理を行っている。このため、シールドトンネルの掘削方向の幅が広い領域で取込があった場合でも、その修正の必要性を確実に判断し、シールドトンネルの周囲を高い精度でもって安定させることができる。なお、本発明にいう掘削土量とは、掘削された土の掘削管理に用いる量をいい、泥水式シールド機においては泥水の送泥量と排泥量との差で示される掘削量をその指標とするものである。また、各々の密度を用いて土のみの量に換算した乾砂量を用いることもできる。

ここで、本発明に係る排泥量を利用した掘削土量の算出は、たとえばシールド機が泥水シールド機である場合には、隔壁と切羽との間に供給された泥水の送泥量と、切羽と隔壁との間から排出される排泥の排泥量との差を求めることによって行われる。また、シールド機が土圧式シールド機である場合には、隔壁と切羽との間から取り込まれる土砂の取込土砂量が排泥量に相当し、この排泥量と、隔壁と切羽との間に供給される添加剤の注入量との差によって掘削土量が算出される。さらに、添加剤を添加しない場合には、排泥量がそのまま掘削土量となる。

また、掘削土量が掘削量である態様とすることができる。

さらに、掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の総掘削量をＥｎとし、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた所定のしきい値Ｒ２〜Ｒｎ以上となったときに、所定の修正を行う態様とすることができる。

このように、ｎリング分の総掘削量をＥｎとし、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかがそれに対して定められたしきい値Ｒ２〜Ｒｎ以上となったときに、所定の修正を行うことにより、より確実に地山の管理を行うことができる。

また、掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の掘削量をＥｎとし、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１以上となったときに軽修正を行い、その後、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１よりも大きい第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２以上となったときに重修正を行う態様とすることもできる。

このように、しきい値として第一しきい値と第二しきい値とを設定することにより、周囲の地山の状態に応じた規模の修正を適切に行うことができる。

さらに、掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の掘削量をＥｎとし、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１以上となったときに軽修正を行い、その後、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１よりも大きい第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２以上となったときに重修正を行い、さらにその後、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２よりも大きい停止しきい値Ｒ２ｓ〜Ｒｎｓ以上となったときに、シールド機による掘削を停止して大規模修正を行う態様とすることもできる。

このように、停止しきい値をも設定することにより、シールド機を停止させることを要する規模の大規模修正をも適切なときに行うことができる。

さらに、掘削土量が乾砂量である態様とすることもできる。このように、掘削土量として乾砂量を用いた場合でも、掘削土量として掘削量を用いた場合と同様の掘進管理を行うことができる。

また、シールド機が、隔壁と切羽との間に泥水を供給し、カッタで掘削された土砂を隔壁と切羽との間に供給された泥水とともに排出する泥水式シールド機であり、泥水の送泥量と泥水の排水量との差に基づいて、掘削土量を求める態様とすることができる。

このように、シールド機が泥水式シールド機である場合には、泥水の送泥量と泥水の排水量との差に基づくことにより、掘削土量を好適に求めることができる。

さらに、シールド機が、隔壁と切羽との間に掘削した土砂を充満し、隔壁における下方位置からスクリューコンベアによって、カッタで掘削された土砂を排出する土圧式シールド機であり、スクリューコンベアによって排出された土砂の排出量に基づいて、掘削土量を求める態様とすることもできる。

このように、シールド機が土圧式シールド機である場合、スクリューコンベアによって排出された土砂の排出量に基づくことにより、掘削土量を好適に求めることができる。

このとき、隔壁における上方位置に注入口が形成され、隔壁と切羽との間に注入口から添加剤を注入し、隔壁と切羽との間で土砂および添加剤を攪拌して充満して、スクリューコンベアにより、添加剤とともに土砂を排出し、スクリューコンベアによって排出される添加剤および土砂の排出量と、注入口から注入される添加剤に注入量の差に基づいて、掘削土量を求める態様とすることもできる。

このように、隔壁と切羽との間に添加剤が注入される際には、スクリューコンベアによって排出される添加剤および土砂の排出量と、注入口から注入される添加剤に注入量の差に基づくことにより、掘削土量を好適に求めることができる。

本発明に係るシールド工法における掘進管理方法によれば、シールドトンネルの掘進方向の幅が広い領域で取込があった場合でも、その修正の必要性を確実に判断し、もってシールドトンネルの周囲を高い精度でもって安定させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。泥水式シールド機を用いたシールド工法における掘進管理方法を説明するに先立ち、泥水式シールド機について説明する。図１は、泥水式シールド機の模式的側断面図である。

図１に示すように、泥水式シールド機１は、外筒１０を備えている。外筒１０の先端部には、カッタ１１が取り付けられており、カッタ１１が回転することにより、地山の掘削が行われる。外筒１０におけるカッタ１１の背面側には、隔壁１２が設けられており、隔壁１２の背面側には、送泥管１３および排泥管１４が設けられている。

送泥管１３からは、地山における切羽Ｋと隔壁１２との間に、所定の濃度に調整された泥水が供給される。また切羽Ｋと隔壁１２との間では、送泥管１３から供給された泥水と、カッタ１１で掘削された土砂が混合する。切羽Ｋと隔壁１２との間で土砂が混合された泥水は、排泥管１４から排出される。

また、送泥管１３および排泥管１４には、それぞれ第一流量計１５および第二流量計１６が設けられている。第一流量計１５は、送泥管１３内を流れる泥水の流量を検出しており、第二流量計１６は、排泥管１４を流れる泥水の流量を検出している。さらに、第一流量計１５および第二流量計１６は、それぞれ制御装置１７に電気的に接続されている。第一流量計１５および第二流量計１６は、それぞれ検出した送泥管１３および排泥管１４を流れる泥水の流量を制御装置１７に出力している。

制御装置１７においては、第一流量計１５および第二流量計１６から出力された送泥管１３および排泥管１４の流量に基づいて、地山の掘進管理を行っている。地山の掘進管理方法については後に説明する。

さらに、泥水式シールド機１における外筒１０の後部には、シールドジャッキ１８が取り付けられており、泥水式シールド機１の後方には、地山の表面に沿ってセグメントＳが組み立てられている。シールドジャッキ１８は、セグメントＳに反力をとって泥水式シールド機１を前進させている。

さらに、送泥管１３には第一密度計１９Ａ設けられており、排泥管１４には第二密度計１９Ｂが設けられている。第一密度計１９Ａは送泥管１３内を流れる泥水の密度を検出しており、第二密度計１９Ｂは排泥管１４内を流れる泥水の密度を検出している。第一密度計１９Ａおよび第二密度計１９Ｂは、それぞれ検出した密度を制御装置１７に出力している。

また、泥水式シールド機１における外筒１０の後端部には、図示しない裏込め注入装置が設けられている。裏込め注入装置は、組み立てられたセグメントＳと地山との間に裏込め材を注入し、トンネルと地山との間の強度を高めている。

次に、本実施形態に係る泥水式シールド機１における掘進方法について説明する。掘進管理方法は、この掘進方法において適宜実施される。図２は、本実施形態に係る掘削方法の手順を示すフローチャート、図３は、図２に続く手順を示すフローチャート、図４は、図３に続く手順を示すフローチャートである。

本実施形態に係る掘進方法では、まず、泥水式シールド機１で掘削される地山の状態やトンネルの径などに応じて掘削量管理値および管理種別を決定する（Ｓ１）。掘削量管理値としては、軽修正の必要性を判断するための一次管理値、重修正の必要性を判断するための二次管理値、および大規模修正の必要性を判断するための停止管理値を設定する。これらの一次管理値、二次管理値、および停止管理値が、それぞれ本発明の第一しきい値、第二しきい値、および停止しきい値に相当する。

また、管理種別としては、単数取込（単リング）と連続取込（複数リング）とを設定し、それぞれの種別について、一次管理値、二次管理値、および停止管理値を設定する。一次管理値としては、たとえば理論的に算出される掘削量に対して、数％、たとえば３〜６％を増加した量を設定することができる。また、二次管理値としては、一次管理値の数倍、たとえば１．５〜２倍程度の値を設定することができる。さらに、停止管理値としては、たとえば二次管理値の数倍程度の値を設定することができる。

一次管理値、二次管理値、および停止管理値は、図５に示すように、リンググループごとに設定される。リンググループとは、第一リング（単リング）のみ（１Ｒ）、第一リング〜第二リングの２リング（１〜２Ｒ）、第一リング〜第三リングの３リング（１〜３Ｒ）、・・・、第一リング〜第ｎリングのｎリング、・・・、第一リング〜第八リングの８リング（１〜８Ｒ）を意味する。これらの各リンググループに、それぞれ第一管理値Ｒ１１〜Ｒ８１、第二管理値Ｒ１２〜Ｒ８２、および停止管理値Ｒ１Ｓ〜Ｒ８Ｓが設定される。

および管理種別を決定したら、掘進準備を行う（Ｓ２）。掘進準備では、処理プラント、泥水式シールド機本体、カッタなどを稼動・運転し管理マニュアルに沿ってチェックポイントをチェックする。掘進準備が完了したら、掘進を開始する（Ｓ３）。掘進を開始する際には、カッタ１１を回転させるとともに、適宜シールドジャッキ１８の伸ばしを開始する。

掘進を開始した後は、掘進が行われる（Ｓ４）。掘進が行われる間、組み立てたセグメントと地山との間に、図示しない裏込め注入装置によって充填材を裏込め注入する。裏込め注入では、適宜別途計測される裏込め注入圧や切羽水圧、さらには泥水ＰＨなどに応じて注入量の管理を行いながら、裏込め注入材の注入を行う。

掘進を行っている間、掘削量（掘削土量）を算出し、算出された掘削量が一次管理値を超えるか否かを判断する（Ｓ５）。この掘削量は、第二流量計１６で検出された排泥管１４内を流れる泥水の流量から第一流量計１５で検出された送泥管１３内を流れる泥水の流量を減算することによって算出される。また、制御装置１７は、各リングに対応する掘削量を記憶しており、これらの掘削量を加算することにより、連続取込によって生じたｎリング分の総掘削量Ｅｎをそれぞれ算出して記憶している。具体的には、１リング分の掘削量Ｅ１、２リング分の総掘削量Ｅ２、３リング分の総掘削量Ｅ３・・・、８リング分の総掘削量Ｅ８を記憶している。

また、図５に示すように、一次管理値としては、リンググループごとに８個の値Ｒ１１〜Ｒ８１が設定されている。そして、ｎリング分の掘削量（総掘削量）Ｅｎとｎリング分の一次管理値Ｒｎ１を比較する（ｎ＝１〜８）。その結果、すべてのリンググループに対する掘削量（総掘削量）Ｅｎが、それぞれの一次管理値Ｒｎ１未満である場合には、地山の状態は正常であると判断することができる。この場合には、掘進が完了したか否かを判断する（Ｓ６）。

掘進が終了したか否かは、シールドジャッキのストローク長、カッタの状態、切羽の自然水圧、泥水の性状などによって判断する。その結果、掘削が終了したと判断したばあいには、セグメントを組み立て（Ｓ７）、次の工程に移る。次の工程では、再びＳ１に戻って掘削量管理値および管理種別の設定を行う。

一方、ステップＳ５において、掘削量Ｅｎと一次管理値Ｒｎ１との比較において、掘削量Ｅｎが一次管理値Ｒｎ１を超えるリンググループがあると判断した場合には、図３に示すフローに進み、軽修正処置を行う（Ｓ１０）。軽修正処置としては、たとえば切羽水圧の上昇、泥水内への粘性増加剤の投入、泥水の比重の増加などを行うことができる。

ここで、本実施形態では、一次管理値として、各リンググループに対して一次管理値Ｒｎ１を設定し、総掘削量Ｅｎとの比較を行っている。したがって、単数取込についてのみの一次管理値を比較する場合と比べて、地山の管理精度を向上させることができる。また、各リンググループに対して一次管理値Ｒｎ１を設定しているので、ｎリング分の総量に対する一次管理値のみを設定する場合よりも管理精度を向上させることができる。

たとえば、図６に模式的に示すように、８つのセグメント（８リング分）が形成されるスペースＰ１〜Ｐ８のうち、第三スペースＰ３〜第六スペースＰ６に相当する部位に取込Ｔ１〜Ｔ４が生じている場合、８リング分の総量で管理を行った場合には、取込のない第一スペースＰ１、第二スペースＰ２、第七スペースＰ７、第八スペースＰ８との間で取込量が相殺され、総掘削量が一次管理値に届かないことになり、地山の不良状態を確認できないことになる。これに対して、リンググループごとに一次管理値との比較を行うと、第一スペースＰ１〜第五スペースＰ５までのスペース（図５の１〜５Ｒに相当する）の近辺、または第一スペースＰ１〜第六スペースＰ６までのスペース（図５の１〜６Ｒに相当する）の近辺で総掘削量と一次管理値との差が縮まるので、この点で総掘削量が一次管理値を超えることにより、地山の不良状態を検出することができる。

こうして、軽修正処置を行うとともに、掘進を継続する（Ｓ１１）。それから、リンググループごとの総掘削量Ｅｎが、二次管理値Ｒ１２〜Ｒ８２を超えるか否かをそれぞれ判断する（Ｓ１２）。その結果、いずれのリンググループにおいても総掘削量Ｅｎが二次管理値Ｒｎ２を超えないと判断した場合には、リンググループごとの総掘削量Ｅｎが、一次管理値Ｒｎ１を超えるか否かをそれぞれ判断する（Ｓ１３）。そして、いずれのリンググループにおいても総掘削量Ｅｎが一次管理値Ｒｎ１を超えないと判断した場合には、図２に示すステップＳ４に戻って掘進を行う。

また、いずれかのリンググループにおいて総掘削量Ｅｎが一次管理値Ｒｎ１を超えると判断した場合には、掘進が完了したか否かを判断する（Ｓ１４）。その結果、掘進が完了していないと判断した場合には、ステップＳ１０に戻って軽修正処置を行う。また、掘進が完了していると判断した場合には、次リング対応修正を行ってから、図２に示すステップＳ７に戻ってセグメントの組み立てを行う。

次リング対応修正では、切羽水圧を上げ、泥水に粘性増加剤を投入して泥水の粘性を上げる。また、泥水に粘土を投入し、比重を上げる。このような措置を施すことにより、次リング対応修正を行う。

一方、ステップＳ１２において、いずれかのリンググループにおいて総掘削量Ｅｎが二次管理値Ｒｎ２を超えると判断した場合には、図４に示すフローに進み、掘進を一時中断する（Ｓ１５）。ここでいう一時中断とは、カッタ１１の回転および泥水の循環を停止し、現状分析および重修正処置を行った後、速やかに掘進を再開できる状態をいう。この掘進の一時中断時に、切羽水圧の保持に問題がないことを確認し、地表面確認および地表面測量ポイントの増設を行う。

掘進が一時中断となったら、二次管理値を超えた管理種別が、単数取込であるか複数取込であるかを判断する（Ｓ１６）。その結果、単数取込である（ｎ＝１）と判断した場合には、単リング用現状分析を行い（Ｓ１７）、その後、重修正処置に対応する対策１を施す（Ｓ１８）。現状分析では、泥水の比重や粘性をチェックするとともに、図示しない比重計で計測された比重を比較する。また、送泥管１３および排泥管１４を流れる泥水の流量をチェックするとともに、前リングの掘進データをチェックする。また、対策１では、泥水に対する粘性増加剤の投入、泥水比重の増加、送泥管１３および排泥管１４における比重計および流量計の調整を行う。

こうして、対策１を施したら、対策が完了したか否かを判断する（Ｓ１９）。その結果、対策が完了していないと判断した場合には、ステップＳ１７に戻って現状分析を行う。一方、対策が完了したと判断した場合には、掘進の一時停止状態を解除して、掘進を再開する（Ｓ２０）。

また、ステップＳ１６で複数取込である（ｎ＝２〜８）と判断した場合には、ステップＳ１７で行った現状分析と同様の内容の連続取込用現状分析を行い（Ｓ２１）、続いて、重修正処置としての対策２を施す（Ｓ２２）。対策２では、ステップＳ１８で行った各対策を行うとともに、斜前方注入管より薬液注入を行う。こうして、地山の強化を図る。

こうして、対策２を施したら、対策が完了したか否かを判断する（Ｓ２３）。その結果、対策が完了していないと判断した場合には、ステップＳ２１に戻って現状分析を行う。一方、対策が完了したと判断した場合には、掘進の一時停止状態を解除して、掘進を再開する（Ｓ２０）。

掘進を再開（Ｓ２０）した後は、所定の範囲における連続掘削量の集計表の記入を開始する（Ｓ２４）。連続掘削量の集計表には、たとえばシールド機１が１０ｃｍの掘進を行うごとに掘削量および乾砂量を記載して経時変化集計を行う。この経時変化集計は、１つ手前のリングで二次管理値を超していた場合に、次のリングにまたがって管理グラフを引き継ぐために、掘進継続に沿って掘削量刻みを集計するために用いられる。

その後、リンググループごとの総掘削量Ｅｎが、停止管理値Ｒｎｓを超えるか否かをそれぞれ判断する（Ｓ２５）。その結果、いずれのリンググループにおいても総掘削量Ｅｎが停止管理値Ｒｎｓを超えないと判断した場合には、リンググループごとの総掘削量Ｅｎが、二次管理値Ｒｎ２を超えるか否かをそれぞれ判断する（Ｓ２６）。その結果、いずれのリンググループにおいても総掘削量Ｅｎが二次管理値Ｒｎ２を超えないと判断した場合には、リンググループごとの総掘削量Ｅｎが、一次管理値Ｒｎ１を超えるか否かをそれぞれ判断する（Ｓ２７）。その結果、いずれのリンググループにおいても総掘削量Ｅｎが一次管理値Ｒｎ１を超えないと判断した場合には、図２に示すステップＳ４に戻り、掘進を行う。また、いずれかのリンググループの総掘削量Ｅｎが一次管理値Ｒｎ１を超えると判断した場合には、図３に示すステップＳ１０に戻り、軽修正処置を行う。

また、ステップＳ２６において、いずれかのリンググループの総掘削量Ｅｎが二次管理値Ｒｎ２を超えると判断した場合には、掘進を継続するか否かを判断する（Ｓ２８）。その結果、掘進を継続しないと判断した場合には、ステップＳ１６に戻り、二次管理値Ｒｎ２を超えた管理種別が、単数取込（ｎ＝１）であるか複数取込（ｎ＝２〜８）であるかを判断する。それから、現状分析、対策１，２といった処置を施す。一方、ステップＳ２８で掘進を継続すると判断した場合には、やがて掘進が完了する（Ｓ２９）。その後、次リング対応修正を行ってから、図２に示すステップＳ７に戻ってセグメントの組み立てを行う。

さらに、ステップＳ２５において、いずれかのリンググループの総掘削量Ｅｎが停止管理値Ｒｎｓを超えると判断した場合は、大規模修正処置を行う（Ｓ３０）。大規模修正処置では、掘進を停止させて泥水式シールド機１におけるチャンバー内に加泥添加材を注入する。ここでの掘進停止状態とは、カッタ１１の回転および泥水の循環を停止し、チャンバー内への加泥添加材注入を行って、切羽の保持を図った後、薬液注入等の措置を講じうる状態をいう。また、チャンバー内への加泥添加材を行う際、斜前方管からの空洞確認の準備を適宜行う。

その後、斜前方管からの薬液注入、後方上部注入管からの高粘性充填材の注入、調査ボーリングを行った後の薬液注入などを行うことによって地山の強化を図る。こうして、これらの措置の効果を確認し、効果が確認された後、掘進を再開し、図２に示すステップＳ４に戻る。

このように、本実施形態に係る掘進方法における掘進管理方法においては、複数リング分（８リング分）に相当する量の総掘削量を掘削量として求め、この総掘削量に基づいて、地山の管理を行っている。このため、シールドトンネルの掘削方向の幅が広い領域で取込があった場合でも、その修正の必要性を確実に判断し、シールドトンネルの周囲を高い精度でもって安定させることができる。

また、ｎリング分の総掘削量をＥｎとし、総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかがそれに対して定められたしきい値Ｒ２〜Ｒｎ以上となったときに、所定の修正を行うようにしている。このため、単に複数リング分の総掘削量によって掘進管理を行う場合よりも精度よく管理を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る掘進管理方法では、一次管理値、二次管理値、および停止管理値を設定している。このため、各管理値を超えた状態に応じた修正処置を行うことができるので、地山に対してより好適な修正を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、複数のリングとして８リング分を設定している。この８リング分は、この場合の泥水式シールド機１の胴部が地山に接触しうる掘進方向に沿った幅を覆う数であるが、８リング以下の数でもよく、８リング以上の数であってもよい。また、上記実施形態では、掘削土量として、送泥管１３を流れる泥水の流量と、排泥管１４を流れる泥水の流量の差から得られる掘削量を用いている。このほか、掘削土量としては、下記（１）式で求められる乾砂量（掘削乾砂量）Ｖ３を用いることもできるし、これらの数値を総合して得られる数値を用いることもできる。

Ｖ３＝Ｑ２（γ_２−１）／（Ｇｓ−１）−Ｑ１（γ_１−１）／（Ｇｓ−１）・・・（１）
但し、Ｑ２：（第二流量計１６で検出される）排泥流量
Ｑ１：（第一流量計１５で検出される）送泥流量
γ_２：（第二密度計１９Ｂで検出される）排泥密度
γ_１：（第一密度計１９Ａで検出される）送泥密度
Ｇｓ：地山の真比重（定数）
さらに、上記実施形態では、泥水式シールド機１を用いたシールド工法における掘進管理方法について説明したが、土圧式シールド機を用いたシールド工法における掘進管理方法に適用することもできる。ここで、土圧式シールド機について説明する。図７は、土圧式シールド機の模式的側断面図である。

図７に示すように、土圧式シールド機２０は、外筒２１を備えており、外筒２１の先端部にカッタ２２が取り付けられ、カッタ２２の回転によって地山の掘削が行われる。カッタ２２の背面側には、カッタ２２を回転させるためのモータ２３が設けられている。また、カッタ２２における背面側には、隔壁２４が配設されており、隔壁２４の背面側における上方位置に注入管２５が設けられ、下方位置にスクリューコンベア２６の先端部が配置されている。

注入管２５からは、隔壁２４と図示しない切羽との間に添加剤が供給されている。隔壁２４と切羽との間には、カッタ２２によって切羽を掘削して生じた土砂および注入管２５から供給された添加剤が充填されている。さらに、スクリューコンベア２６は、切羽と隔壁２４との間に充填された土砂および添加剤を排出している。スクリューコンベア２６における取出し口には、ベルトコンベア２７が設けられている。スクリューコンベア２６によって排出された土砂および添加剤は、ベルトコンベア２７に載せられて鋼車などに搬送されて土圧式シールド機２０の外部に搬出される。

その他、土圧式シールド機２０には、上記泥水式シールド機１と同様のシールドジャッキ２８などが設けられており、シールドジャッキ２８でセグメントＳに反力をとって土圧式シールド機２０を前進させている。

さらに、注入管２５には、供給した添加剤の流量を計測する流量計が設けられているとともに、スクリューコンベア２６には、スクリューの回転数を計測するカウンタが設けられている。この流量計によって隔壁２４と切羽との間に供給した添加剤の量を計測する一方で、スクリューコンベア２６の回転数を計測することによって、隔壁２４と切羽との間から排出される土砂および添加剤の量を計測する。

ここで説明する土圧式シールド機２０を用いたシールド工法における掘削管理方法では、土圧式シールド機２０による掘削量は、隔壁と切羽との間から取り込まれる土砂の取込土砂量（排出量）と、隔壁と切羽との間に供給される添加剤の量との差によって求めることができる。具体的には、上記の泥水式シールド機１における送泥量および排泥量に代えて、隔壁２４と切羽との間に供給される添加剤の量と、隔壁２４と切羽との間から排出される土砂および添加剤の総量とを用いて掘削管理を行う。ここでの掘削管理では、送泥量と排泥量に代えて、添加剤の供給量および添加剤と土砂との排出量を用いることにより、同様の方法によって掘削管理を行うことができる。

また、その他、隔壁と切羽との間から取り込まれる土砂の取込土砂量の計測には、適宜公知の方法を利用することができ、たとえば土砂を鋼車に積んで排出する場合には、レール荷重計や吊り荷重計による重量計測や体積計測を用いることができる。また、ポンプ圧送方式で土砂を排出する場合には、スラッジポンプのピストン回転数をカウントして体積計測を行ったりすることができる。その他、ベルトコンベアに土砂を積んで搬出する場合には、ベルトコンベア荷重計による重量計測、あるいは超音波やレーザ光による体積計測を行ったり、排土管方式による搬出の場合には、電磁流量計、超音波ドップラー流量計などの流量計によって体積計測を行ったりすることができる。

泥水式シールド機の模式的側断面図である。 本実施形態に係る掘削方法の手順を示すフローチャートである。 図２に続く手順を示すフローチャートである。 図３に続く手順を示すフローチャートである。 リンクグループごとの各管理値を表す表である。 泥水式シールド機の周囲における土砂の連続的な取込量を模式的に示す側断面図である。 土圧式シールド機の模式的側断面図である。 （ａ）、（ｂ）とも、泥水式シールド機の周囲における土砂の取込量の一例を模式的に示す側断面図である。

符号の説明

１…泥水式シールド機
１０…外筒
１１…カッタ
１２…隔壁
１３…送泥管
１４…排泥管
１５…第一流量計
１６…第二流量計
１７…制御装置
１８…シールドジャッキ
２０…土圧式シールド機
Ｓ…セグメント
Ｋ…切羽

Claims (9)

1. カッタの背面側に形成された隔壁と前記カッタの間から排出される排泥量を利用して前記カッタによる切羽の掘削土量を求め、前記掘削土量に基づいて、前記シールド機の周囲の地山を管理するシールド工法における掘進管理方法であって、
   前記掘削土量として、前記シールド機で掘削された複数のリング分に相当する量の総掘削土量を求め、前記総掘削土量に基づいて、前記シールド機の周囲の地山を管理することを特徴とするシールド工法における掘進管理方法。
2. 前記掘削土量が掘削量である請求項１に記載のシールド工法における掘進管理方法。
3. 前記掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の総掘削量をＥｎとし、
   前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた所定のしきい値Ｒ２〜Ｒｎ以上となったときに、所定の修正を行う請求項２に記載のシールド工法における掘進管理方法。
4. 前記掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の掘削量をＥｎとし、
   前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１以上となったときに軽修正を行い、
   その後、前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ前記第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１よりも大きい第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２以上となったときに重修正を行う請求項２に記載のシールド工法における掘進管理方法。
5. 前記掘削を行う直前のセグメント１リング分の掘削量をＥ１、ｎリング分（ｎは、２以上の整数）の掘削量をＥｎとし、
   前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、各総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのそれぞれに対して定められた第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１以上となったときに軽修正を行い、
   その後、前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ前記第一しきい値Ｒ２１〜Ｒｎ１よりも大きい第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２以上となったときに重修正を行い、
   さらにその後、前記総掘削量Ｅ２〜Ｅｎのいずれかが、それぞれ前記第二しきい値Ｒ２２〜Ｒｎ２よりも大きい停止しきい値Ｒ２ｓ〜Ｒｎｓ以上となったときに、前記シールド機による掘削を停止して大規模修正を行う請求項２に記載のシールド工法における掘進管理方法。
6. 前記掘削土量が乾砂量である請求項１に記載のシールド工法における掘進管理方法。
7. 前記シールド機が、前記隔壁と切羽との間に泥水を供給し、前記カッタで掘削された土砂を前記隔壁と切羽との間に供給された泥水とともに排出する泥水式シールド機であり、
   前記泥水の送泥量と前記泥水の排水量との差に基づいて、前記掘削土量を求める請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載のシールド工法における掘進管理方法。
8. 前記シールド機が、前記隔壁と切羽との間に掘削した土砂を充満し、前記隔壁における下方位置からスクリューコンベアによって、前記カッタで掘削された土砂を排出する土圧式シールド機であり、
   前記スクリューコンベアによって排出された土砂の排出量に基づいて、前記掘削土量を求める請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載のシールド工法における掘削管理方法。
9. 前記隔壁における上方位置に注入口が形成され、前記隔壁と切羽との間に前記注入口から添加剤を注入し、前記隔壁と切羽との間で前記土砂および前記添加剤を攪拌して充満して、前記スクリューコンベアにより、前記添加剤とともに土砂を排出し、
   前記スクリューコンベアによって排出される添加剤および土砂の排出量と、前記注入口から注入される添加剤に注入量の差に基づいて、前記掘削土量を求める請求項８に記載のシールド工法における掘削管理方法。

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